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Oberflächen-Reinigung mit Laserstrahlen, Teil II
Die Reaktion der Farben

Der erste Teil der Serie „Oberflächenreinigung mit Laserstrahlen“ beschäftigte sich mit den allgemeinen Problemen bei der Reinigung mit ultraviolettem Licht. Im zweiten Teil wird dabei hauptsächlich auf die Unterschiede zwischen Öl- und Acrylfarben eingegangen. Wir beleuchten die Probleme, die die Forschung noch hat, stellen aber auch die Hoffnungsträger dieser Technik vor.

Bei der Behandlung von Gemäldeoberflächen mit Laserstrahlen können Ausbleichungseffekte an empfindlichen Farben allerdings noch nicht ausgeschlossen werden. Vor allem rote Farben, insbesondere Krapplacke sind anfällig für Verdunklungseffekte wie beispielsweise an ungebrannter Terra di Siena. So greifen Laserstrahlen nachweislich Bleiweiß, Zinkweiß, Zinkrot, Bleizinngelb, Neapelgelb, Terra di Siena, Mennige, Krapplack, Chromoxidgrün und Malachit an. Forschungen bestätigten zudem das Ausbleichen von Azurit und Massicot. Zinnober verwandelt sich unter Einwirkung von Laserstrahlen von Rot in Schwarz. Roter und gelber Ocker und die meisten schwarzen Farben lassen sich leicht entfernen. Die Sensibilität von Ocker hängt dabei vom Gehalt wasserhaltiger Eisenoxidanteilen ab. Ultramarin und Kobaltblau verfärben sich erst bei höheren Energiedichten.

Farbänderungen durch Wärme
Wachshaltige Farben können durch zu hohe Pulsfrequenzen sehr ungünstig erwärmt werden. Bereits geringe Erwärmungen führen zur Verdunstung der Farbbestandteile Stearin- und Palmitinsäure, die als natürliche Weichmacher der Ölfarbe agieren. Allerdings wird im Gegenzug auch behauptet, dass sich verschmutzte Farboberflächen von gelbem Ocker, Terra di Siena, Umbra, Azurit, Ultramarinblau, ägyptisch Blau, Verdigris, Malachit und Zinkweiß – wenn befeuchtet – mit bestimmten Lasern gefahrlos reinigen lassen. Auch originale Firnisschichten und original eingefärbte Farblasurschichten von mastix- und wachshaltige Farben, die dieselben Bindemittel wie darunter liegende Farben aufweisen, stellen große Schwierigkeiten für den Bearbeiter dar. Es wird zwar behauptet, dass es mittlerweile sichere Möglichkeiten des Firnisabtrages mit einem gepulsten Excimer-Laser gebe, dennoch wurden Blasenbildungen in unpigmentierten Überzügen, die unter den behandelten Oberflächen liegen, festgestellt.

Kleisterentfernungen
In frühen Untersuchungen wurden CO2-(TEA)- und Nd:YAG-Lasergeräte zur Freilegung von übermalten Fassungen und zur Reinigung von bemalten Oberflächen verworfen. Auch Lasergeräte, die mit IR-Strahlen arbeiten, dürfen bei der Übermalungsabnahme nicht eingesetzt werden, da unter Übermalungen liegende Schichten die Strahlung zu stark absorbieren. Eine sehr vorsichtige Empfehlung kann für die damaligen, kürzergepulsten Excimer-Lasergeräte ausgesprochen werden. Sie eignen sich zur Abnahme von sehr dünnen Übermalungen, allerdings können auch hier Ausbleichungen auftreten. Die bei Excimer-Laser gefürchtete ausbleichende Wirkung durch UV-Strahlen kann jedoch bei gepulstem Strahl und verkürzter Strahldauer eingeschränkt werden, so dass er im ultravioletten Bereich bei einer Wellenlänge von 248 nm zumindest erfolgreich für die Abnahme von Kleisterresten einer Doublierung an der Trägerleinwandrückseite eines Gemäldes eingesetzt werden kann. In einer weiteren Untersuchung zeigte ein 2,94 nm Er:YAG-Laser gute Ergebnisse. Auch bei diesem Laser wird der Schmutz mit hohem Dampfdruck verdampft, wobei sich die Farbschichten erwärmen, angeblich jedoch ohne Schädigungen hervorzurufen.

Schmelzen statt Entfernung
Auch die Entwicklung eines UV-Excimer-Lasers für die Entfernung von Firnisschichten und Übermalungen auf Gemälden mit einer Arbeitsfläche von bis zu 3 m² wurde näher betrachtet. Dabei kam zum Vorschein, dass die durch Pastositäten der Farbe hervorgerufenen unterschiedlichen Schichtdicken von Firnissen Schwierigkeiten bei der Fokussierung des Laserstrahles bereiten. Es wurde weiter beobachtet, dass die Wärmeeinwirkung eher ein Schmelzen von Dammarfirnisschichten bewirkt als ein gleichmäßiges Abtragen – was eher einer ungleichmäßigen Reduzierung als einer Entfernung entspricht.

Hoffnungsträger
Die kurzwelligen, kurzgepulsten Lasergeräte werden Restauratoren in Zukunft hilfreiche Dienste leisten können. So sind bei der Abnahme von auf mechanischem bzw. chemischem Wege kaum abnehmbaren Übermalungen und verrußten, brandgeschädigten Oberflächen bereits beachtliche Erfolge erzielt worden. Seit Herbst 2007 befindet sich eine Plasma jet / Nd:YAG-Laser Hybride in Erprobung, die bei überraschend niedrigen Temperaturen arbeit, um 40° C und die die Reinigung lichtunempfindlicher Farben möglich machen würde. Damit wäre das Problem der Oberflächenerwärmung ausgeschaltet, nicht jedoch das der hohen Lichtbelastung, die zwangsweise zum Laserstrahl gehört.

Reinigung von Acrylfarben
Auch die Acrylfarben-Oberflächenreinigungen mit Lasergeräten stecken noch in den Kinderschuhen. Da die heute noch jungen Acrylfarben weitaus empfindlicher als die ohnehin schon sehr empfindlichen Ölfarben reagieren, wird noch viel Forschungsarbeit geleistet werden müssen bis sich eine Laserreinigung für diese Farben etablieren kann. Dabei stellt die mit einer Laserreinigung einhergehende, sich farbverändernd auswirkende Erwärmung das wohl größte Problem dar. Acrylfarben-Oberflächen reagieren vor allem auf die Pulsdauer, die Pulsfrequenz und die Energiemenge, das heißt je kürzer der Puls, desto kälter der Abtrag.

Abtrag durch Schockwellen
Zur Zeit wird vor allem mit Festkörperlasern mit Wellenlängen unter 1064 nm, aber auch mit Excimer-Lasern mit 248 nm geforscht. Der Abtrag von Schmutzschichten erfolgt mehr oder weniger kontrollierbar durch Schockwellen, wobei es zu einer Erwärmung der freizulegenden Schicht kommt. Auch hier ist die Erstellung von Parametern im Vorversuch unabdingbar. Gerätespezifische Einstellungen, objekteigene Parameter, thermische Absorptionskoeffizienten der zu reinigenden Oberfläche, Eigenfarbe der Objekte, Bindemitteltypen und Oberflächenstrukturen sind zu berücksichtigen. Da die Bindemittel- bzw. Pigmentschicht von Acrylfarben thermisch sehr empfindlich sind, war eine Laserreinigung bisher jedoch recht aussichtslos. Untersuchungen mit dem Nd:YAG Laser bei 1,064, 532, und 355 nm sowie dem KrF-Excimer Laser bei 248 nm zeigten, verglichen mit wässrig gereinigten Oberflächen, sauberere Proben. Allerdings vergilben Bindemittel und Titanweiss und Ocker verdunkelt sich.
Die sich in Erprobung befindliche Hybrid-Technologie aus Plasma jet und Nd:YAG-Laser mit Arbeitstemperaturen von nur 40°C gibt auch für Acrylfarben Anlass zur Hoffnung, dass in näherer Zukunft die Reinigungen lichtunempfindlicher Farbbereiche möglich gemacht werden kann.

Dr. Eipper


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